TW202212627A - 在r2r沉積系統中塗覆彈性基板的方法及氣相沉積系統 - Google Patents

在r2r沉積系統中塗覆彈性基板的方法及氣相沉積系統 Download PDF

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Abstract

本發明提供了一種在卷對卷沉積系統中塗覆彈性基板的方法。方法包括：自解繞輥(20)解繞彈性基板，該彈性基板的第一主側(14)上具有第一塗層(12)；量測第一塗層(12)的側向位置，同時將彈性基板引導至塗覆鼓輪(30)；取決於第一塗層(12)的所量測側向位置來調整塗覆鼓輪(30)上彈性基板的側向位置；及在彈性基板上，特定而言為在彈性基板的與第一主側相對的第二主側上沉積第二塗層(13)。進一步描述用於執行本文所描述的方法的真空沉積裝置。

Description

在R2R沉積系統中塗覆彈性基板的方法及氣相沉積系統
本揭示案的實施例係關於在卷對卷沉積系統中藉由熱蒸發塗覆基板。本揭示案的實施例特定而言係關於經由蒸發在（例如）用於製造鋰電池的彈性基板（例如彈性金屬箔）的兩側上沉積一或更多個塗層條。具體而言，實施例係關於彈性基板的兩側塗覆的方法、製造鋰電池陽極的方法及卷對卷氣相沉積裝置。
已知用於在彈性基板上沉積的各種技術，例如化學氣相沉積(chemical vapor deposition; CVD)及物理氣相沉積(physical vapor deposition; PVD)。對於以高沉積速率塗覆基板，可將熱蒸發用作PVD製程。對於熱蒸發，加熱塗覆材料，產生可在（例如）由塗覆鼓輪（亦即具有彎曲鼓輪表面以用於支撐腹板基板的可旋轉鼓輪）支撐的基板上沉積的蒸汽。提高所加熱塗覆材料的溫度會提高蒸汽濃度，且能夠促進高沉積速率。
舉例而言，可在坩堝中加熱待沉積於基板上的塗覆材料，在較高的蒸汽壓力下產生蒸汽。蒸汽可自坩堝流至具有複數個噴嘴的加熱蒸汽分配器。可藉由複數個噴嘴將蒸汽引導至移動腹板基板的表面上，該腹板基板支撐於塗覆鼓輪上，以在彈性基板上沉積塗層條。
對於電池的製造，可在彈性基板上沉積數個塗層，且通常可塗覆彈性基板的兩側。在卷對卷沉積系統中，有不同的在基板兩側上沉積塗層的方法。在第一種方法中，經由經配置以用於兩側塗層的沉積系統沿一單一路徑順序地塗覆基板的兩側。替代地，可首先經由一沉積系統捲繞彈性基板，以對基板的第一主側塗覆第一塗層，且可隨後經由同一沉積系統或經由相反定向的另一沉積系統再次捲繞基板，以對基板的第二主側塗覆第二塗層。
在後一情況中，相對於第一塗層在基板上的預定側向位置準確地沉積第二塗層可具有挑戰性。舉例而言，第一塗層的側向位置可沿基板的長度方向略微變化，或可以未知的位置準確度在彈性基板上沉積第一塗層。
因此，有益的是提供用於在卷對卷沉積系統中在彈性基板上沉積第二塗層，特定而言在與已塗覆第一塗層的第一基板側相對的第二基板側上沉積第二塗層的方法。另外，有益的是提供經配置以在卷對卷沉積系統中在彈性基板上準確地沉積第二塗層的氣相沉積裝置，特定而言用於製造鋰電池陽極。
鑒於上述情況，提供根據獨立請求項的在卷對卷沉積系統中塗覆彈性基板的方法、氣相沉積裝置及製造鋰電池陽極的方法。本揭示案的其他態樣、優點及特徵可根據描述及附圖而顯而易見。
根據一個態樣，提供在卷對卷沉積系統中塗覆彈性基板的方法。方法包括：自解繞輥解繞彈性基板，該彈性基板在第一主側具有第一塗層；量測第一塗層的側向位置，同時將彈性基板引導至塗覆鼓輪；取決於第一塗層的所量測側向位置調整塗覆鼓輪上彈性基板的側向位置；並在彈性基板上沉積第二塗層。
在一些實施例中，在基板的與第一主側相對的第二主側上沉積第二塗層，以為彈性基板提供兩側的塗層。
根據一個態樣，提供用於塗覆彈性基板的氣相沉積裝置。氣相沉積裝置包括：用於解繞彈性基板的解繞輥；至少一個蒸汽源，其經配置以在彈性基板上沉積蒸發材料；塗覆鼓輪，其佈置於解繞輥的下游，且經配置以引導彈性基板經過至少一個蒸汽源；感測器，其經配置以量測彈性基板的第一主側上的第一塗層的側向位置；致動器，其經配置以調整塗覆鼓輪上的彈性基板的側向位置；及控制器，其經配置以取決於第一塗層的所量測側向位置控制致動器。
根據一個態樣，提供製造鋰電池陽極的方法。方法包括在氣相沉積裝置中引導彈性基板，特定而言在根據本文所描述的實施例中任一者的氣相沉積裝置中引導彈性基板。方法進一步包括取決於彈性基板的第一主側上提供的第一塗層的所量測側向位置來調整彈性基板的側向位置；並引導蒸發材料經過邊緣剔除蓋板到達彈性基板的第二主側，以在彈性基板上形成第二塗層，使得第二塗層與第一塗層側向對準。蒸發材料可包括含鋰材料或鋰。
實施例亦涉及用於執行所揭示方法的裝置，且包括用於執行每一所描述的方法態樣的裝置零件。可藉由硬體部件、由恰當軟體程式化的電腦或兩者的任一組合或用任何其他方式執行此等方法態樣。另外，根據本揭示案的實施例亦涉及用於製造所描述的裝置及產品的方法及操作所描述裝置的方法。所描述的實施例包括用於執行所描述裝置的每一功能的方法態樣。
現將詳細地參考本揭示案的各個實施例，圖式中說明該等實施例的一或更多個實例。在下文對圖式的描述中，相同的元件符號指相同的部件。僅描述與個別實施例有關的差別。藉由解釋本揭示案來提供每一實例，但實例不意欲限制本揭示案。另外，可使用作為一個實施例的一部分圖式或描述的特徵或結合其他實施例使用，以得出另外的實施例。據預期，描述包括此類修改及變更。
在下文對圖式的描述中，相同的元件符號指相同的部件。總體而言，僅描述與個別實施例有關的差別。除非另外說明，否則對一個實施例中的一部分或態樣的描述亦適用於另一實施例中對應的部分或態樣。
根據本揭示案的實施例，提供在真空腔室中藉由蒸發進行塗覆的裝置及方法。對於藉由蒸發而在彈性基板上沉積塗覆材料（本案中亦稱為「腹板」或「箔」），可在高於塗覆材料蒸發溫度之溫度下在蒸汽源中（例如在蒸汽源的坩堝內）加熱塗覆材料。隨後可藉由分配器將蒸發材料向複數個噴嘴引導，該等噴嘴用於向彈性基板引導蒸發材料。
本文所描述的氣相沉積裝置是經配置以塗覆腹板基板的卷對卷(R2R)沉積系統。將卷對卷沉積系統理解為自儲存捲軸解開具有相當大長度（如數百公尺或更長）的腹板基板，當支撐於一或更多個塗覆鼓輪上時塗覆一或更多個薄層，且視情況將該腹板基板再次繞於捲繞捲軸上。在製造薄膜電池時，及在顯示工業及光伏工業中，對卷對卷沉積系統的需求日益增加。舉例而言，鋰電池、觸控面板元件、彈性顯示器及彈性PV模組使得對在R2R塗覆機中沉積層的需求日益增加。
第1圖是根據本文所描述實施例的R2R沉積系統的氣相沉積裝置的示意性剖視圖。第2圖是第1圖的氣相沉積裝置100的示意性俯視圖。氣相沉積裝置100可經配置以執行本文所描述的方法中之任一者。
氣相沉積裝置100可包括真空腔室，其中容納複數個輥子或滾軸，用於沿腹板輸送路徑T將彈性基板10自解繞輥20引導至塗覆鼓輪30。在塗覆塗覆鼓輪30上的彈性基板之後，可將彈性基板捲繞於捲繞捲軸上，或將其向另一塗覆鼓輪（圖中未圖示）引導。
氣相沉積裝置100包括用於自儲存捲軸解繞彈性基板10的解繞輥20及沿腹板輸送路徑T佈置於解繞輥20下游的塗覆鼓輪30。氣相沉積裝置進一步包括至少一個蒸汽源120，其經配置以在彈性基板上沉積蒸發材料。至少一個蒸汽源120面向塗覆鼓輪30，而塗覆鼓輪30經配置以引導彈性基板經過至少一個蒸汽源120。氣相沉積裝置經配置以在塗覆鼓輪30的彎曲鼓輪表面111上使彈性基板移動經過至少一個蒸汽源120或複數個蒸汽源，使得可用蒸發材料塗覆彈性基板，同時在塗覆鼓輪上引導且支撐彈性 基板。
根據本文描述的實施例，氣相沉積裝置經配置以塗覆彈性基板，該基板的第一主側上已提供第一塗層12。第一塗層12可為區域塗層，其以一或更多個塗層條的形式在彈性基板的長度方向上連續延伸。具體而言，如第2圖的俯視圖中所示意性繪示，第一塗層12可具有側緣16（見第2圖），該等側緣16可基本上在彈性基板的長度方向上延伸，且與基板邊緣11相距各個距離。
本文所描述的方法及裝置允許在已於其上提供有第一塗層12的彈性基板上準確地沉積第二塗層13。具體而言，可在彈性基板10的第一主側14上提供第一塗層12，且可在彈性基板10的與第一主側14相對的第二主側15上沉積第二塗層13。替代地，可在第一塗層頂部上（即亦在彈性基板的第一主側14上）沉積第二塗層。在薄膜電池的製造中，通常在彈性基板的與第一主側14相對的第二主側15上沉積第二塗層13，其與第一塗層12側向對準。
第二塗層13應有益地與第一塗層12具有預定的空間關係。舉例而言，第二塗層13應在腹板基板的側向方向L（垂直於腹板基板的長度方向）上與第一塗層12對準，且/或第二塗層13的側緣位置應對應於第一塗層12的側緣位置。具體而言，在薄膜電池的製造中，腹板的基板兩側上的塗覆區域的邊緣應對準。在彈性基板上準確地對準數個塗層，特定而言在相對的基板側上準確地對準塗層具有挑戰性。
典型的2R2沉積系統可使用所謂的「邊緣控制系統」，其量測彈性基板的一個或兩個基板邊緣的位置，並取決於基板邊緣的所量測位置調整彈性基板的側向位置。若在此控制系統中偵測到基板邊緣位置與目標位置的偏差，則相應地校正基板的側向位置。然而，若將第二塗層與彈性基板上已提供的第一塗層對準，則基於基板邊緣的所量測位置調整彈性基板的位置可能不提供所要的沉積準確度。舉例而言，彈性基板上的第一塗層12相對於基板邊緣的側向位置可取決於沉積第一塗層期間所選擇的參數（可能未知）略微變化，或大體而言基板上的第一塗層的沉積準確度可為未知的。另外，並非總可能基於基板上的線或其他記號控制基板位置，例如若已於其上提供有第一塗層的彈性基板不具有或可能不具有此類記號。
根據本文所描述的實施例，氣相沉積裝置包括感測器40，該感測器40經配置以量測彈性基板的第一主側14上已提供的第一塗層12的側向位置。氣相沉積裝置進一步包括經配置以調整塗覆鼓輪上的彈性基板的側向位置的致動器50，及經配置以取決於第一塗層12的所量測側向位置控制致動器50的控制器60。因此，並非基於基板邊緣11的所量測側向位置調整基板的側向位置，而是基於彈性基板上已提供的第一塗層12的側向位置調整基板的側向位置。若感測器量測第一塗層的定位與目標定位的偏差，則控制器可控制致動器以相應地調整基板位置，移動塗覆鼓輪上的基板，以按需要相對於由至少一個蒸汽源提供的塗覆窗佈置該基板。
本文使用的「側向位置」與垂直於彈性基板的長度方向的方向上的位置有關，亦即與側向方向L上的位置有關。第一塗層12的側向位置與對應於腹板輸送滾軸的軸向方向的側向方向L上的第一塗層的定位相關。
根據可與本文所描述的其他實施例相結合的一些實施例，感測器40經配置以量測基板的第一主側上的第一塗層12的側向位置，且因此將所量測的位置值作為輸入參數發送至相應地控制致動器50的控制器60。至少一個蒸汽源120可經配置以在基板的與第一主側相對的第二主側上沉積第二塗層13。因此，可在基板的相對側上沉積第一及第二塗層。由於取決於第一塗層的所量測側向位置調整塗覆鼓輪30上的彈性基板的位置，因此可在適當時相對於第一塗層的定位準確地設定第二塗層的側向位置。
具體而言，可藉由控制器60控制的致動器50調整塗覆鼓輪上的彈性基板的側向位置，使得第二主側上沉積的第二塗層與第一主側上的第一塗層對準。舉例而言，第二塗層13的側緣17可與第一塗層12的側緣16高準確度地對準（見第2圖）。特定而言，第一塗層與第二塗層的側緣位置的偏差可為0.5 mm或更小，特定而言0.1 mm或更小。換言之，第一塗層與第二塗層可相互精確地對準，即第二塗層的側向延伸部分及側向位置可精確地對應於第一塗層的側向延伸部分及位置，此可有益於薄膜電池的製造。
第一塗層及第二塗層可分別包括沿基板長度方向延伸的一或更多個連續的材料條。若第一塗層包括兩個或更多個材料條，則第二塗層可包括與第一塗層的材料條對準的相同數量的材料條，即在側向方向L上具有對應的寬度及位置。
第3A圖圖示彈性基板10的剖視圖，該彈性基板的第一主側14上有第一塗層12，而該彈性基板的第二主側15上有第二塗層13。第一塗層12及第二塗層13未對準，即第一塗層及第二塗層的塗層邊緣的側向位置相互不對應。第3B圖圖示根據本文所描述的方法的彈性基板10的剖視圖。如第3B圖清晰地可見，第二塗層13與第一塗層12對準，即第二塗層13的側緣17的位置對應於第一塗層12的側緣16的位置，而第二塗層13在側向方向L上的寬度對應於第一塗層12在側向方向L上的寬度。
回到第1圖及第2圖，在可與本文所描述的其他實施例相結合的一些實施例中，致動器50可包括用於軸向移動解繞輥20的機構。致動器50可經配置以基於自控制器60接收的輸入，沿側向方向L移動解繞輥20及彈性基板，該彈性基板繞在解繞輥20上固持的儲存捲軸上。因此，可直接控制解繞輥20的軸向位置，以用於調整塗覆鼓輪上的彈性基板的側向位置，使得可調整由至少一個蒸汽源120塗覆的基板的區域。解繞輥20的軸向移動導致沿腹板輸送路徑T佈置於解繞輥下游的塗覆鼓輪上的基板軸向移動。
在可與本文所描述的其他實施例相結合的一些實施例中，至少一個蒸汽源120包括複數個噴嘴121，其用於在彈性基板支撐於塗覆鼓輪30上時將蒸發材料引導至彈性基板的第二主側15上。
第1圖及第2圖描繪的氣相沉積裝置100允許在第一主側14上具有第一塗層12的彈性基板上塗覆第二塗層13。可在彈性基板的與第一主側14相對的第二主側15上沉積第二塗層。本文所描述的塗覆方法包括以下步驟：自解繞輥20解繞第一主側上具有第一塗層的彈性基板10。當將彈性基板引導至塗覆鼓輪30時，量測第一塗層的側向位置。可連續或以短的時間間隔（例如每秒多於十次）量測第一塗層的側向位置。另外，可取決於第一塗層的所量測側向位置（例如連續或以短的時間間隔）調整塗覆鼓輪30上的彈性基板的側向位置。特定而言，可使用回饋迴路（特定而言為閉合迴路），將第一塗層的所量測側向位置作為輸入參數，調整彈性基板的側向位置。在支撐於塗覆鼓輪上的彈性基板的區域上沉積第二塗層13，使得在適當時調整其上沉積第二塗層的塗覆區域，例如用於在第一塗層與第二塗層之間取得對準。
在一些實施方式中，可在彈性基板的與第一主側相對的第二主側上沉積第二塗層13。因此，根據本文所描述的方法，可在彈性基板的相對側上沉積的塗層以達成相互良好的對準。
可取決於第一塗層12的所量測側向位置藉由軸向移動解繞輥20來調整塗覆鼓輪上的彈性基板的側向位置。舉例而言，可用致動器50（例如機電致動器）軸向移動解繞輥20，該致動器50經配置以沿軸向方向移動解繞輥。舉例而言，致動器50可包括DC電動機，可將該DC電動機設計為用於線性定位運動。致動器可具有正回饋，即記錄致動器的當前位置。
另外，可提供滾軸驅動機70以用於驅動解繞輥50的旋轉移動。滾軸驅動機70可包括經配置以旋轉解繞輥20的電動機。因此，可自解繞輥20捲繞彈性基板10，且視情況將其在一個、兩個或更多個另外的引導滾軸（可為被動滾軸）上方沿腹板輸送路徑T向塗覆鼓輪30引導。
如第2圖所示意性地描繪，可將控制器60設置於致動器50處，或將其與致動器50相整合。在一些實施例中，可至少部分地在真空腔室101外佈置致動器50，其可經配置以移動佈置於真空腔室101內的解繞輥20。舉例而言，可將致動器50的電動機佈置於真空腔室之外，致動器50的線性可移動手臂可穿過真空腔室壁延伸至解繞輥20，以用於軸向移動解繞輥20。
在一些實施例中，可至少部分地在真空腔室101之外佈置致動器50及滾軸驅動機70。如第2圖所示意性地描繪，可配置致動器50，使得在由滾軸驅動機70驅動的解繞輥20之旋轉移動期間並獨立於此旋轉移動，解繞輥20可能軸向移動。
應指出解繞輥20不必包括其上繞有彈性基板的儲存捲軸，但可將解繞輥20理解為用於固定其上繞有基板的儲存捲軸的捲軸支座，捲軸支座可旋轉，使得當儲存捲軸安裝於解繞輥上時，可自儲存捲軸解繞基板。
在一些實施例中，量測第一塗層12的側向位置可包括（例如）用感測器40決定第一塗層12的一或更多個側緣16的位置。舉例而言，感測器40可為光學感測器、對比量測感測器或距離感測器，經配置以決定第一塗層12的側緣16的位置。舉例而言，在一些實施例中，感測器40可為攝影機，經配置以偵測塗層的側緣。由於攝影機可同時監測兩側，因此攝影機可有利於觀測到偏移。可配置且安裝感測器40，使得感測器40可掃描第一塗層12的一或更多個側緣16的位置。舉例而言，第一塗層12的側緣16可在側向方向L上與基板邊緣11間隔分開，且感測器40可經安裝以掃描第一塗層12的側緣16的位置。
在一些實施方式中，可調整彈性基板的側向位置，使得在彈性基板的第二主側上沉積第二塗層13，該第二塗層13與彈性基板的第一主側上的第一塗層12對準。具體而言，可調整彈性基板的側向位置，使得第二塗層13的側緣17與第一塗層12的側緣16對準，具體而言具有0.5 mm或更小的偏差，特定而言為0.1 mm或更小。
在一些實施例中，可按如下沉積第二塗層：可用至少一個蒸汽源120的複數個噴嘴將蒸發材料向支撐於塗覆鼓輪30上的彈性基板的第二主側15引導，同時使彈性基板移動經過塗覆鼓輪30的彎曲鼓輪表面111上的至少一個蒸汽源120。
可經由邊緣剔除蓋板130界定的塗覆窗將蒸發材料向彈性基板引導，該邊緣剔除蓋板遮蔽將不欲塗覆的彈性基板的側緣區域。致動器50可調整塗覆鼓輪上基板在側向方向L上的位置，使得第一塗層12準確地佈置於由邊緣剔除蓋板界定的塗覆窗處。因此，將由至少一個蒸汽源120沉積的第二塗層沉積為與第一塗層對準。
在可與本文所描述的其他實施例相結合的一些實施例中，第一塗層12及第二塗層13中之至少一者為金屬塗層（特定而言為鋰塗層），或可包括含鋰材料。
彈性基板可包括金屬箔或可為金屬箔，特定而言為銅箔。在一些實施例中，彈性基板可具有50 μm或更小的厚度，特定而言為20 μm或更小，或甚至6 μm或更小。舉例而言，可在本文所描述的氣相沉積裝置中塗覆金屬箔或彈性金屬塗覆箔。在一些實施方式中，彈性基板是具有小於30 μm（例如6 μm或更小）的厚度的薄銅箔或薄鋁箔。彈性基板已塗覆有第一塗層。第一塗層可為包括石墨、矽及/或氧化矽或其混合物的塗層，其具有（例如）150 μm或更小的厚度，特定而言為100 μm或更小，或甚至小至50 μm或更小。替代地或額外地，第一塗層可為鋰塗層或包括鋰塗層。具體而言，第一塗層可包括由鋰、石墨、矽及氧化矽組成的群組中之一或更多者。第二塗層可對包括石墨及矽及/或氧化矽的第一塗層進行預先鋰處理，或第二塗層可為鋰塗層，該鋰塗層沉積於基板的與其中提供第一塗層的第一主側相對的第二主側上。
第一塗層12及第二塗層13中之至少一者可構成陽極或形成陽極的一部分以用於鋰電池製造。可在電池（例如鋰電池）製造中使用藉由蒸發在彈性基板上沉積金屬。舉例而言，可在用於製造鋰電池陽極的薄彈性基板上沉積鋰層。在裝備陽極層堆疊及陰極層堆疊之後，視情況在其間有電解質及/或分離器的情況下，可捲起或以其他方式堆疊所製造的層佈置以製造鋰電池。
第4圖是根據本文所描述的實施例的氣相沉積裝置100的塗覆鼓輪的示意性剖視圖。
塗覆鼓輪30包括彎曲的鼓輪表面111，其經配置以支撐待塗覆的彈性基板10。至少一個蒸汽源120具有複數個噴嘴121，其穿過蒸汽傳播容積151將蒸汽150向彎曲的鼓輪表面111引導。可將蒸汽傳播容積151理解為至少一氣相源120與塗覆鼓輪30之間的容積或空間，穿過該蒸汽傳播容積151用複數個噴嘴121引導蒸汽150。若藉由複數個噴嘴121放出的大部分蒸汽限制在蒸汽傳播容積151中（亦即複數個噴嘴121下游所界定的容積中），使得可減少或避免蒸汽傳播容積151之外的（例如真空腔室壁的）部件的雜散塗覆，則為有益的。
塗覆鼓輪30可圍繞軸A旋轉，使得在氣相沉積期間彈性基板10可移動經過至少一個蒸汽源。當在氣相沉積期間基板移動經過蒸汽源時，準確地遮蔽彈性基板10的邊緣區域，使其無塗層材料（本文亦稱為「邊緣剔除」）可具有挑戰性。若在氣相沉積期間彈性基板移動且支撐於彎曲的鼓輪表面111上時，準確地遮蔽彈性基板的邊緣區域尤其具有挑戰性，因為蒸汽源與支撐基板的塗覆鼓輪之間的距離可由於彎曲鼓輪表面111的曲率而在周向上變化。在一些實施例中，塗覆鼓輪30可具有在300 mm至1400 mm或更大的範圍中的直徑。
本文描述的實施例實現卷對卷沉積系統中可靠且準確的邊緣剔除及材料遮蔽，該卷對卷沉積系統經配置以在彎曲鼓輪表面上的腹板基板上塗覆第二塗層。
根據一些實施例，氣相沉積裝置包括邊緣剔除蓋板130，其自至少一個蒸汽源120向塗覆鼓輪30延伸，且至少部分地包圍蒸汽傳播容積151。邊緣剔除蓋板130可包括邊緣剔除部分131，其用於遮蔽彈性基板的不欲塗覆的一或更多個邊緣區域。在一些實施方式中，邊緣剔除蓋板130沿塗覆鼓輪30在塗覆鼓輪的周向上延伸，且遵循彎曲鼓輪表面的曲率（見第1圖）。
邊緣剔除蓋板130可安裝於至少一個蒸汽源120上，例如安裝於蒸汽源的周圍或真空腔室的另一固定支撐件處，且可自至少一個蒸汽源120向塗覆鼓輪30延伸。
邊緣剔除蓋板130可經成形使得邊緣剔除蓋板至少部分地或完全包圍蒸汽傳播容積151，減少或防止蒸汽150在蒸汽傳播容積之外傳播。換言之，邊緣剔除蓋板130可形成蒸汽傳播容積151的側壁，且可將蒸汽150或其一大部分限制於蒸汽傳播容積中。可減少由邊緣剔除蓋板（至少部分地或完全）包圍的蒸汽傳播容積151之外的表面上的雜散塗層，且可便於清洗裝置。
如第4圖的剖視圖所示意性地描繪，可至少在蒸汽傳播容積151的兩個相對的側向側上佈置邊緣剔除蓋板130，阻止蒸汽離開蒸汽傳播容積151而流向第4圖的左側及右側（亦即沿側向方向L）。
邊緣剔除蓋板130不接觸塗覆鼓輪30，使得在氣相沉積期間，支撐於塗覆鼓輪上的彈性基板可移動經過至少一個蒸汽源120且經過邊緣剔除蓋板130。邊緣剔除蓋板130可在邊緣剔除蓋板130與塗覆鼓輪30之間僅留下小的間隙，例如5 mm或更小、3 mm或更小、2 mm或更小或甚至約1 mm或更小的間隙，使得幾乎無任何蒸汽可按側向方向L上傳播經過邊緣剔除蓋板。
可加熱邊緣剔除蓋板130，使得當將邊緣剔除蓋板130加熱至操作溫度（例如一些實施例中的500℃或更高的操作溫度）時，可減少或阻止邊緣剔除蓋板130上的蒸汽凝聚。由於可減少清洗工作，在邊緣剔除蓋板130上阻止蒸汽凝聚是有益的。另外，邊緣剔除蓋板130上的塗層可改變由邊緣剔除蓋板提供的塗覆窗的尺寸。特定而言，若邊緣剔除蓋板130與塗覆鼓輪30之間提供在僅幾毫米範圍中（例如約1 mm或更小）的間隙，則邊緣剔除蓋板上的塗層將導致間隙尺寸變化，且因此導致沉積於彈性基板上的第二塗層的邊緣形狀發生不良的變化。另外，當邊緣剔除蓋板上無塗覆材料積聚時，可改進對塗覆材料的利用。具體而言，若將邊緣剔除蓋板加熱至可高於蒸汽凝聚溫度的操作溫度，則可使用蒸汽傳播容積內傳播的幾乎所有塗覆材料來塗覆基板表面。具體而言，可立即重新蒸發或反射碰撞設置於（例如）500℃與600℃之間的操作溫度的邊緣剔除蓋板，使得各別的蒸汽分子停留於基板表面上而非邊緣剔除蓋板的表面上。
若可在氣相沉積期間將邊緣剔除蓋板的溫度設定為預定的操作溫度，則本文亦可將邊緣剔除蓋板130稱為「溫控蓋板」。可提供由控制器控制的控制器及各別的加熱佈置140，以在氣相沉積期間控制邊緣剔除蓋板的溫度。
根據本文所描述的一些實施例，邊緣剔除蓋板130包括用於遮蔽不欲塗覆的基板邊緣區域的邊緣剔除部分131。特定而言，可將靠近塗覆鼓輪30而佈置的邊緣剔除蓋板130的前部配置為邊緣剔除遮罩，其遮蔽保持為無塗覆材料的基板邊緣區域。特定而言，由於邊緣剔除蓋板130的邊緣剔除部分131用作邊緣剔除遮罩，可使側向方向L上的一或兩個邊緣區域11保持為無塗覆材料。對於能用作邊緣剔除遮罩，可在氣相沉積期間將邊緣剔除部分131佈置為與基板有近距離，具體而言2 mm或更小或1.5 mm或更小，特定而言約1 mm或更小（例如1 mm +/- 20%）的距離。沉積期間邊緣剔除部分131與彈性基板之間的2 mm或更大的間隙可能已導致大量蒸汽自遠距離佈置的噴嘴傳播至間隙中，阻止邊緣剔除，且提供斜的層邊緣及塗覆的基板邊緣。
根據本文描述的一些實施例，在氣相沉積期間，邊緣剔除部分131與塗覆鼓輪30之間的距離D通常為2 mm或更小，特定而言為1 mm或更小。因此，邊緣剔除部分131可用作邊緣剔除遮罩，遮蔽基板區域，且提供銳利及明確的塗覆層邊緣。舉例而言，塗覆層厚度在側向塗覆層邊緣的側向方向L上可在3 mm或更小的範圍中自100%下降至1%或更小。
由於設置了邊緣剔除蓋板130，可在側向方向L上的預定位置在彈性基板10上準確地沉積第二塗層13，且第二塗層13的側緣可極其銳利且明確。另外，由於基於第一塗層12的所量測側向位置調整塗覆鼓輪上的彈性基板的側向位置，可相對於第一塗層12準確地沉積第二塗層13，例如其與相對的基板側上的第一塗層對準。因此，可製造基板，其在相對的基板側上攜帶準確對準的層堆疊，此可能適用於薄膜電池的製造。另外，因為可由於調整基板位置且由於邊緣剔除蓋板相對於第一塗層準確地沉積第二塗層，所以可改進材料利用且可確保第二塗層在寬度及位置上對應於第一塗層。
在可與本文所描述的其他實施例相結合的一些實施例中，邊緣剔除蓋板130經配置以遮蔽彈性基板的兩個相對的邊緣區域。舉例而言，如第4圖示意性地描繪，邊緣剔除蓋板130的邊緣剔除部分131在側向方向L上向基板的第一邊緣區域凸出，且在側向方向L上向基板的第二相對的邊緣區域凸出，遮蔽靠近基板邊緣11的邊緣區域，並確保明確的塗覆層邊緣。
在可與本文所描述的其他實施例相結合的一些實施例中，至少一個蒸汽源120可經配置以蒸發金屬，特定而言為具有500℃或更高（特定而言為600℃或更高）的蒸發溫度的金屬。在一些實施方式中，至少一個蒸汽源120可經配置以在基板上沉積鋰層。至少一個蒸汽源120可包括：坩堝160，其經配置以加熱至600℃或更高（特定而言為800℃或更高）的溫度；及分配器161，其經配置以將蒸汽自坩堝160引導至複數個噴嘴121，其中可將分配器的內部容積加熱至600℃或更高（特定而言為800℃或更高）的溫度。
氣相沉積裝置可進一步包括加熱佈置140，其將邊緣剔除蓋板130主動或被動加熱至操作溫度，特定而言為加熱至500℃或更高及600℃或更低的溫度。具體而言，為避免基板產生過量的熱負載，邊緣剔除蓋板的操作溫度可略微高於蒸汽凝聚溫度，例如高於蒸汽凝聚溫度10℃或更多及50℃或更少。
可沿塗覆鼓輪的周向彼此相鄰佈置兩個、三個或更多個蒸汽源，（例如）在基板上沉積數個材料層，或在基板上沉積同一材料的一個厚材料層。在一個實施例中，沿一個可旋轉鼓輪（見第1圖）的周向彼此相鄰佈置兩個、三個或更多個金屬蒸發源，特定而言為鋰源，使得當基板在一個旋轉鼓輪的彎曲鼓輪表面111上移動時，可在基板上沉積厚的金屬層。
第5圖是圖示根據本文所描述的實施例的在卷對卷沉積系統中塗覆彈性基板的方法的圖。
在方框501中，自解繞輥解繞第一主側上具有第一塗層的彈性基板。
在方框502中，當將彈性基板引導至塗覆鼓輪時，量測第一塗層的側向位置。具體而言，可決定第一塗層的側緣的位置。在一些實施例中，用相應感測器連續地或以短的時間間隔掃描第一塗層的側向位置。
在方框503中，可根據第一塗層的所量測側向位置調整塗覆鼓輪上的彈性基板的側向位置。可藉由軸向移動解繞輥（例如經由線性致動器）調整彈性基板的側向位置。可調整側向位置，使得基板上已提供的第一塗層與由至少一個蒸汽源界定的塗覆窗對準。因此，將由至少一個蒸汽源沉積的第二塗層沉積為與第一塗層對準。
在方框504中，藉由至少一個蒸汽源在彈性基板上，特定而言在彈性基板的第二主側上沉積第二塗層。可使第二塗層沉積為與第一塗層對準。
方框504中的沉積可包括將蒸發材料經過邊緣剔除蓋板引導至彈性基板的第二主側，該邊緣剔除蓋板自至少一個蒸汽源延伸朝向塗覆鼓輪。邊緣剔除蓋板可界定塗覆鼓輪的彎曲鼓輪表面上的塗覆窗，其中蒸發材料可按側向方向L撞擊腹板基板。邊緣剔除蓋板可遮蔽不欲塗覆的基板區域，特定而言不欲塗覆的基板側面區域。邊緣剔除蓋板的邊緣剔除部分可沿塗覆鼓輪的周向延伸，並在與彎曲鼓輪表面的近距離處遵循塗覆鼓輪的曲率。
在一些實施例中，蒸汽源為金屬源，特定而言為鋰源，蒸汽為金屬蒸汽，特定而言為鋰蒸汽。邊緣剔除蓋板的操作溫度可為500℃或更高及600℃或更低，特定而言在500℃與550℃之間。若蒸汽源是鋰源，則蒸汽源中的蒸發溫度可為600℃或更高及850℃或更低。
基板可為彈性箔，特定而言為彈性金屬箔，更特定而言為銅箔或載銅箔。基板可具有50 μm或更小的厚度，特定而言為20 μm或更小，例如約8 μm。具體而言，基板可為具有範圍小於20 μm的厚度的薄銅箔。
由於基於第一塗層的當前位置控制基板位置，且由於邊緣剔除蓋板，可連續沉積第二塗層以與第一塗層準確對準，即第一塗層及第二塗層的側緣可處於側向方向上的對應位置，且第二塗層的側緣可為銳利且明確的。可製造帶有準確對準塗層的基板，該等塗層在基板兩側上具有銳利的邊緣，此尤其有益於薄膜電池的製造。
本文所描述的實施例特定而言係關於以下實施例： 實施例1：一種在卷對卷沉積系統中塗覆彈性基板的方法包括：自解繞輥解繞彈性基板，該彈性基板在第一主側具有第一塗層；量測第一塗層的側向位置，同時將彈性基板引導至塗覆鼓輪；取決於第一塗層的所量測側向位置調整塗覆鼓輪上彈性基板的側向位置；及在彈性基板上沉積第二塗層。 實施例2：如實施例1中的方法，其中在彈性基板的與第一主側相對的第二主側上沉積第二塗層。 實施例3：如實施例1或2中的方法，其中取決於第一塗層的側向位置藉由軸向移動解繞輥來調整塗覆鼓輪上的彈性基板的側向位置。 實施例4：如實施例1至3中之任一者的方法，其中量測第一塗層的側向位置包括決定第一塗層的側緣的位置。 實施例5：如實施例1至4中之任一者的方法，其中調整彈性基板的側向位置，使得在彈性基板的第二主側上沉積第二塗層，以與第一主側上的第一塗層對準。 實施例6：如實施例1至5中之任一者的方法，其中調整彈性基板的側向位置，使得第二塗層的側緣與第一塗層的側緣對準，此對準特定而言具有0.5 mm或更小的偏差，特定而言0.1 mm或更小。 實施例7：如實施例1至6中之任一者的方法，其中使用回饋迴路，將第一塗層的側向位置作為輸入參數來調整彈性基板的側向位置。 實施例8：如實施例1至7中任一者的方法，其中沉積第二塗層包括當彈性基板在塗覆鼓輪的彎曲鼓輪表面上移動經過至少一個蒸汽源時，用至少一個蒸汽源的複數個噴嘴將蒸發材料向彈性基板的第二主側引導。 實施例9：如實施例1至8中任一者的方法，其中沉積第二塗層包括將蒸發材料穿過塗覆窗向彈性基板引導，該塗覆窗由遮蔽彈性基板的未塗覆的側緣區域的邊緣剔除蓋板界定。 實施例10：如實施例9的方法，其中在沉積第二塗層期間，邊緣剔除蓋板具有500℃或更高的溫度。 實施例11：如實施例1至10中之任一者的方法，其中第一塗層及第二塗層中之至少一者為鋰塗層或包括含鋰材料。 實施例12：如實施例1至11中之任一者的方法，其中彈性基板包括金屬箔，特定而言為銅箔。 實施例13：如實施例1至12中之任一者的方法，其中第一塗層及第二塗層中之至少一者構成陽極或形成陽極的一部分以用於製造鋰電池。 實施例14：一種用於塗覆彈性基板的氣相沉積裝置，包括：用於解繞彈性基板的解繞輥；至少一個蒸汽源，其經配置以在彈性基板上沉積蒸發材料；塗覆鼓輪，其佈置於解繞輥的下游，且經配置以引導彈性基板經過至少一個蒸汽源；感測器，其經配置以量測彈性基板的第一主側上的第一塗層的側向位置；致動器，其經配置以調整塗覆鼓輪上的彈性基板的側向位置；及控制器，其經配置以取決於第一塗層的側向位置控制致動器。 實施例15：如實施例14的氣相沉積裝置，其中致動器包括用於軸向移動解繞輥的機構。 實施例16：如實施例14至15中之任一者的氣相沉積裝置，其中至少一個蒸汽源包括複數個噴嘴，用以將蒸發材料引導至支撐於塗覆鼓輪上的彈性基板的第二主側上。 實施例17：如實施例14至16中之任一者的氣相沉積裝置，其進一步包括邊緣剔除蓋板，其自至少一個蒸汽源向塗覆鼓輪延伸，且至少部分地包圍蒸汽傳播容積。 實施例18：如實施例17的氣相沉積裝置，其中邊緣剔除蓋板包括邊緣剔除部分，以遮蔽彈性基板的不欲塗覆的邊緣區域，邊緣剔除蓋板在周向上沿塗覆鼓輪延伸，且遵循其曲率。 實施例19：如實施例17或18的氣相沉積裝置，其中邊緣剔除蓋板可加熱至高於蒸發材料的凝聚溫度的操作溫度。 實施例20：一種製造鋰電池陽極的方法，包括：在氣相沉積裝置，特定而言為本文所描述的氣相沉積裝置中引導彈性基板；取決於彈性基板的第一主側上提供的第一塗層的側向位置來調整彈性基板的側向位置；及引導蒸發材料經過邊緣剔除蓋板到達彈性基板的第二主側，以在彈性基板上形成第二塗層，使得第二塗層與第一塗層側向對準。
儘管上文涉及實施例，但可在不脫離基本範疇的情況下設計其他及另外的實施例，範疇由下文的專利申請範圍決定。
10:彈性基板 11:基板邊緣 12:第一塗層 13:第二塗層 14:第一主側 15:第二主側 16:側緣 17:側緣 20:解繞輥 30:塗覆鼓輪 40:感測器 50:致動器 60:控制器 70:滾軸驅動機 100:氣相沉積裝置 101:真空腔室 111:彎曲鼓輪表面 120:至少一個蒸汽源 121:噴嘴 130:邊緣剔除蓋板 131:邊緣剔除部分 140:加熱佈置 151:蒸汽傳播容積 160:坩堝 161:分配器 501:方框 502:方框 503:方框 504:方框 A:軸 D:距離 L:側向方向 T:腹板輸送路徑
為了詳細地理解本揭示案的上述特徵的方式，可參考實施例更特定地描述上文簡要概述的實施例。附圖係關於本揭示案的實施例，並在下文進行描述： 第1圖圖示經配置以執行本文所描述方法的氣相沉積裝置的示意性剖視圖； 第2圖圖示第1圖的氣相沉積裝置的示意性俯視圖； 第3a圖及第3b圖圖示經由習用的塗覆方法（第3a圖）及本文所描述之塗覆方法（第3b圖）在兩側塗覆的彈性基板的剖視圖； 第4圖圖示根據本文所描述的實施例的氣相沉積裝置的塗覆鼓輪的剖視圖；及 第5圖圖示根據本文所描述的實施例的塗覆彈性基板的方法的流程圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
10:彈性基板
12:第一塗層
13:第二塗層
14:第一主側
15:第二主側
20:解繞輥
30:塗覆鼓輪
40:感測器
50:致動器
60:控制器
100:氣相沉積裝置
101:真空腔室
111:彎曲鼓輪表面
121:噴嘴
131:邊緣剔除部分
120:至少一個蒸汽源
130:邊緣剔除蓋板
D:距離
T:腹板輸送路徑

Claims (20)

  1. 一種在一卷對卷沉積系統中塗覆一彈性基板的方法，包含以下步驟： 自一解繞輥解繞該彈性基板，該彈性基板的一第一主側上具有一第一塗層； 當將該彈性基板引導至一塗覆鼓輪時，量測該第一塗層的一側向位置； 取決於該第一塗層的該所量測側向位置調整該塗覆鼓輪上的該彈性基板的一側向位置；及 在該彈性基板上沉積一第二塗層。
  2. 如請求項1所述之方法，其中在該彈性基板的與該第一主側相對的一第二主側上沉積該第二塗層。
  3. 如請求項1所述之方法，其中取決於該第一塗層的該側向位置藉由軸向移動該解繞輥來調整該塗覆鼓輪上的該彈性基板的該側向位置。
  4. 如請求項1所述之方法，其中該量測該第一塗層的該側向位置之步驟包括以下步驟：掃描該第一塗層的一側緣的一位置。
  5. 如請求項1所述之方法，其中調整該彈性基板的該側向位置，使得在該彈性基板的一第二主側上沉積該第二塗層，以與該第一主側上的該第一塗層對準。
  6. 如請求項1至5中任一項所述之方法，其中調整該彈性基板的該側向位置，使得該第二塗層的側緣與該第一塗層的側緣對準，該對準存在0.5 mm或更小的一偏差。
  7. 如請求項1至5中任一項所述之方法，其中使用一回饋迴路，將該第一塗層的該側向位置作為一輸入參數來調整該彈性基板的該側向位置。
  8. 如請求項1至5中任一項所述之方法，其中沉積該第二塗層之步驟包括以下步驟：當該彈性基板在該塗覆鼓輪的一彎曲鼓輪表面上移動經過該至少一個蒸汽源時，用至少一個蒸汽源的複數個噴嘴將蒸發材料向該彈性基板的一第二主側引導。
  9. 如請求項1至5中任一項所述之方法，其中沉積該第二塗層之步驟包括以下步驟：將蒸發材料經過遮蔽該彈性基板的不欲塗覆的側緣區域的一邊緣剔除蓋板向該彈性基板引導。
  10. 如請求項9所述之方法，其中該邊緣剔除蓋板具有500℃或更高的一溫度。
  11. 如請求項1至5中任一項所述之方法，其中該第一塗層及該第二塗層中之至少一者為一鋰塗層或包含一含鋰材料。
  12. 如請求項1至5中任一項所述之方法，其中該彈性基板包含一金屬箔。
  13. 如請求項1至5中任一項所述之方法，其中該第一塗層及該第二塗層中之至少一者構成一陽極或形成一陽極的一部分以用於製造一鋰電池。
  14. 一種用於塗覆一彈性基板的氣相沉積裝置，包含： 一解繞輥，該解繞輥用於解繞該彈性基板； 至少一個蒸汽源，該至少一個蒸汽源經配置以在該彈性基板上沉積一蒸發材料； 一塗覆鼓輪，該塗覆鼓輪佈置於該解繞輥下游，經配置以引導該彈性基板經過該至少一個蒸汽源； 一感測器，該感測器經配置以量測該彈性基板的一第一主側上的一第一塗層的一側向位置； 一致動器，該致動器經配置以調整該塗覆鼓輪上的該彈性基板的一側向位置；及 一控制器，該控制器經配置以取決於該第一塗層的該側向位置控制該致動器。
  15. 如請求項14所述之氣相沉積裝置，其中該致動器包含用於軸向移動該解繞輥的一機構。
  16. 如請求項14或15所述之氣相沉積裝置，其中該至少一個蒸汽源包含複數個噴嘴，以將該蒸發材料引導至支撐於該塗覆鼓輪上的該彈性基板的一第二主側上。
  17. 如請求項14或15所述之氣相沉積裝置，其進一步包含一邊緣剔除蓋板，其自該至少一個蒸汽源向該塗覆鼓輪延伸，且至少部分地包圍一蒸汽傳播容積。
  18. 如請求項17所述之氣相沉積裝置，其中該邊緣剔除蓋板包含一邊緣剔除部分，以遮蔽該彈性基板的不欲塗覆的邊緣區域，該邊緣剔除蓋板在一周向上沿該塗覆鼓輪延伸，且遵循其一曲率。
  19. 如請求項17所述之氣相沉積裝置，其中該邊緣剔除蓋板可加熱至高於該蒸發材料的一凝聚溫度的一操作溫度。
  20. 一種製造一鋰電池之一陽極之方法，包含以下步驟： 在如請求項14所述之氣相沉積裝置中引導一彈性基板； 取決於該彈性基板的一第一主側上提供的一第一塗層的一側向位置來調整該彈性基板的一側向位置；及 引導包含一含鋰材料或鋰的一蒸發材料經過一邊緣移除蓋板到達該彈性基板的一第二主側，以在該彈性基板上形成一第二塗層，使得該第二塗層與該第一塗層側向對準。
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